CINETICA, ORDENES DE REACCIÓN, LEYES DE VELOCIDAD Y SU RELACIÓN A LOS MECANISMOS: UNA INTRODUCCIÓN PRACTICA PARA ESTUDIANTES DE SECUNDARIA USANDO ESPECTROFOTÓMETRO PORTÁTIL.

...

Son 7 sets de condiciones experimentales. Se recomienda que un set de condiciones sea asignado por estudiante o grupo, así la recolección de datos esta limitada a 30 minutos. Primero, los estudiantes establecen su Vernier LabQuest siguiendo las instrucciones dadas en el papel (información de apoyo) Luego ellos recuperan alícuotas de las soluciones y las mezclan en una cubeta de acuerdo al experimento asignado. El ultimo reactivo que debe ser añadido es H2O2 seguido de taponar e invertir la cubeta a la mezclas de reactivos. Luego se pone la cubeta en el accesorio SpectroVis Plus para recolectar el trazo cinético. Para completar la recolección de datos, los estudiantes usan el software pre-programado para determinar la velocidad constante observada (kobs) para establecer las condiciones. Todos los estudiantes o grupos deben añadir kobs en una hoja de calculo de Excel y completar la guía de preguntas de análisis. Estas preguntas requieren que el estudiante haga conclusiones acerca del orden de las reacciones con respecto a cada especie, identifique una ley de velocidad que es consistente en sus observaciones, y haga manipulaciones algebraicas para calcular la velocidad elemental constante para las reacciones cinéticamente elementarías observadas. Si se desea, se le puede pedir a los estudiantes que encuentren el artículo original y comparen sus constantes de velocidad. Nota: Los estudiantes calcularán sus constantes de velocidad en unidades de M-1 sec-1 y M-2 sec-1, pero el manuscrito original da los valores de M-1 min-1 y M-2 MIN-1.

OBSTACULOS

Soluciones de HNO3 son corrosivas. H2o2 es un oxidante y es corrosivo. Sales de yoduro han sido reportadas como dañinas para niños no nacidos. Se debe usar equipo de protección personal apropiado todo el tiempo (guantes, batas de laboratorio, y protección para los ojos). La alta concentración de soluciones debe ser desechada en el lugar, distrito y estado específico siguiendo los protocolos. De todas formas, los pequeños volúmenes de baja soluciones con baja concentración usados en el laboratorio no necesitan ninguna atención especial como 3% H2O2 es un desinfectante común y KI es un aditivo alimentario. Jeringas plásticas (sin agujas) ofrecen una forma segura de administrar pequeñas cantidades de soluciones en las cubetas. Son económicas, no se rompen, reusables y reducen el riesgo de que se derramen comparadas con buretas y cilindros graduados.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Este ejercicio de laboratorio se llevó a cabo en un salón de química de secundaria con aproximadamente 20 estudiantes en grupos de 2 y requirió entre 50 a 100 minutos para completarse. Los estudiantes se les dieron un folleto (información de apoyo) antes de la clase y se les pidió leer la sección de pre-laboratorio y responder las preguntas 1-3 para probar su comprensión. El periodo de laboratorio comenzó con un pequeño repaso y una discusión de estos conceptos. En general. Los estudiantes encontraron la sección teorica de pre-laboratorio adecuada en duración y dificultad. El incremento lineal de la velocidad constante observada con el incremento de la concentración del reactante fue trivial. De todos modos, cero y el segundo orden de reacción fueron nuevos y los estudiantes encontraron las gráficas brindadas de mucha ayuda y entendieron el impacto que tiene el orden de reacción en la constante de velocidad observada.

Para la parte experimental del laboratorio, los estudiantes siguieron un procedimiento detallado brindado en el folleto. Aunque el nivel de los detalles parecía dar un poco de libertad en el experimento, permitió dedicarle más tiempo al análisis de datos, su intepretació, y discusión de los mecanismos de reacción como un grupo. En general, a los estudiantes les gusto tener instrucciones detalladas ya que fue la primera vez que usaron instrumentos LabQuest y SprectoVis Plus. La analogía entre la unidad de SprectroVis Plus y sus propios ojos generó mucho entusiasmo y discusiones tal como los estudiantes fueron capaces de poner información científica (valores!) en un cambio de color que ellos observaron. De sus observaciones, la clase fue capaz de hacer conexiones acerca de la relación entre la velocidad de reacción y los colores de las soluciones en las viales. Tambien le gusto a los estudiantes ir a través de todos los paces de la duda científica, incluyendo el modelo de información y proponiendo un mecanismo de reacción basado en las tendencias de observación.

Los estudiantes mostraron interés in el laboratorio y se fueron con un mejor entendimiento de la cinética, ordenes de reacción, leyes de velocidad y su relación a los mecanismos, El conocimiento y las habilidades obtenidas durante este ejercicio facilitaron a una clase de discusión abierta sobre los efectos de la adición de catalizadores, área de superficie, temperatura y presión en la velocidad de las reacciones. Adicionalmente, la constante elemental de velocidad calculada por el siguiente procedimiento (k2 = 0.0107 M-1 s-1 y k3 = 0.170 M-2 s-1) eran cuantitativamente similares a los valores publicados (k2 = 0.0115 M-1 s-1 y k3 = 0.173 M-2 s-1); ver eq 2 – 3

H2o2 + I- -> H2O + IO k2 (2)

H2O2 + H+ + I- -> H2O + HIO k3 (3)

Más importante, este laboratorio brinda a los estudiantes a un profundo aprendizaje practico de la cinética química y su relación a los mecanismos de reacción; los conceptos aprendidos son críticamente importantes para la optimización de los procesos industriales, el desarrollo de catalizadores, entendimiento de los procesos biológicos, medicina, ciencia ambienta y otras áreas.